У ГПС технологији све је релативно

Када говоримо о ГПС технологији, све то делује углавном једноставно и у принципу и јесте тако: ГПС уређај ради тако што одређује своју удаљеност од сателита чије локације напред зна. На основу тих удаљености, он израчунава своју позицију. Врло једноставно зар не?

Ипак, појава ГПС-а увела је у праксу појмове којима баратамо углавном теоријски. Када се ради о систему такве прецизности, све се мора узети у обзир, па чак и сама релативност.

Теорија релативности има директан утицај на прецизност ГПС мерења, јер се сателити у својим орбитама крећу брзинама неколико хиљада километара у секунди (на пример, сателит на орбити 24.184 км креће се брзином 3.874 км/с). Теорија релативности је овде на делу, јер часовник у сателиту који се креће том брзином касни 7 микросекунди дневно у односу на часовник који мирује на површини Земље.

Гравитациони ефекат (познат као црвени помак) такође има утицаја на часовник. Часовник у поменутом сателиту, због разлике у гравитационом потенцијалу брза 45 микросекунди.

Када то саберемо са кашњењем због теорије релативности, испада да часовник у сателиту брза 38 микросекунду. То је велико кашњење за атомски сат (његова прецизност је реда величине наносекунде), али, то је велико кашњење и за саму ГПС примену, јер кашњење од једне микросекунде проузрокује грешку у мерењу реда величине 300 метара (ако вам је лакше, грешка од једне стотинке изазива грешку у одређивању позиције од 3000 метара).

На тачност одређивања локације утичу и други чиниоци.

На пример, орбита по којој се сателит креће није савршена кружница, већ благо спљоштена елипса. То значи да сателит на свом путу благо мења и висину и брзину а тиме мења свој положај, па се и то мора урачунати.

Такође, ако се ГПС пријемник помера (налази се у авиону или аутомобилу) и то мора да се узме у обзир јер то доводи до Сагњаковог (Sagnac) и Доплеровог ефекта . Чак и ако пријемник не померамо, он се налази на Земљиној површини која се обрће. Само обртање Земље на екватору изазива кашњење од 133 наносекунди.

Грешке изазивају и многе друге појаве. На пример, није свеједно где се налази сателит са кога пријемник добија сигнал. Ако је сателит високо на небу, мерење је прецизније него ако се он налази на хоризонту. Чак и међусобна позиција сателита које пријемник узима као референце је битна. Ако се два сателита налазе под углом од 90 степени гледано од пријемника, тада је мерење много прецизније, него ако је тај угао мали.

Честа је појава одбијања сателитског сигнала па га пријемник ухвати не директно него одбијеног од неку површину. То уноси грешку јер сигнал прелази дужи пут него што је стварно растојање пријемника и сателита. Додатни проблем је ако пријемник ухвати и директни и одбијени сигнал, јер та интерефенција може да сигнал учини потпуно нечитким.

Атмосферски услови такође имају великог утицаја. Брзина кретања радио таласа се мења зависно од средине кроз коју се креће, а атмосфера је средина која се вероватно најинтензивније мења. Додатно, ако у атмосфери постоје слојеви различитог састава и густине, долази до додатног преламања адио таласа (слично као што се светлост прелама када прелази из ваздуха у воду), што уноси додатна кашњења.

Не треба занемарити ни промену орбите сателита. Иако се они налазе на задатим орбитама, они ипак не могу да мирују и увек мало лутају. Не само што мењају орбиту и тако мењају своје одстојање од површине Земље, веће се померају у равни нормалној на земљину осу. А пошто нису у геостационарним орбитама, њихова локација се мења и то тако да они Земљу обиђу за 12 сати.

Као што видите, ГПС технологија, иако у основи врло једноставна, мора да решава много прилично компликованих математичких задатака да би обезбедила одређивање позиције у границама прихватљиве грешке.